[논문 리뷰] Measurement of $\mathcal{R}(D)$ and $\mathcal{R}(D^{\ast})$ with a semileptonic tagging method

The Belle Collaboration, A. Abdesselam외 463명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 66

한 줄 요약

벨 이벤트 협력은 대규모 Belle 데이터 샘플을 이용하여 세미엘렉트로닉 태깅 방식으로 R(D)와 R(D*) 비율을 측정하며, 불확실성 내에서 표준 모델과 일치하는 값을 보고한다.

ABSTRACT

We report a measurement of the ratios of branching fractions $\mathcal{R}(D) = {\cal B}(\bar{B} o D τ^- \barν_τ)/{\cal B}(\bar{B} o D \ell^- \barν_{\ell})$ and $\mathcal{R}(D^{\ast}) = {\cal B}(\bar{B} o D^* τ^- \barν_τ)/{\cal B}(\bar{B} o D^* \ell^- \barν_{\ell})$, where $\ell$ denotes an electron or a muon. The results are based on a data sample containing $772 imes10^6$ $B\bar{B}$ events recorded at the $Υ(4S)$ resonance with the Belle detector at the KEKB $e^+ e^-$ collider. The analysis utilizes a method where the tag-side $B$ meson is reconstructed in a semileptonic decay mode, and the signal-side $τ$ is reconstructed in a purely leptonic decay. The measured values are $\mathcal{R}(D)= 0.307 \pm 0.037 \pm 0.016$ and $\mathcal{R}(D^{\ast})= 0.283 \pm 0.018 \pm 0.014$, where the first uncertainties are statistical and the second are systematic. These results are in agreement with the Standard Model predictions within $0.2$ and $1.1$ standard deviations, respectively, while their combination agrees with the Standard Model predictions within $1.2$ standard deviations.

연구 동기 및 목표

• b→cτντ 감소 부 decay의 정밀 테스트를 새로운 물리 현상의 탐구로 동기를 부여한다.
• 일반적인 시스템atics를 줄이기 위해 R(D)와 R(D*) 비율을 측정한다.
• 이 관측값들에 대해 세미엘렉트로닉 태깅 방법을 도입하고 적용한다.
• 향상된 태깅으로 B0와 B+ 붕괴를 결합하여 R(D*) 측정을 개선한다.
• 표준 모델 예측과의 일관성 검사 결과를 제공한다.

제안 방법

• 태그 측 B 중쇄를 세미엘렝토닉 쇄살 모드로 재구성한다.
• 시그널 측 τ를 순수하게 렙토닉(Leptonic) 붕괴 채널로 재구성한다.
• Belle 검출기 at KEKB에서 수집된 772×10^6 B-B̄ 이벤트의 데이터 샘플을 사용한다.
• 시그널 모드와 정규화 모드를 비교하여 R(D)와 R(D*) 비율을 형성한다.
• 통계 및 계통 오차를 구분하여 결과를 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세미엘렉트로닉 태깅을 사용하여 측정된 R(D)와 R(D*) 값은 무엇인가?
• RQ2 보고된 불확실성 내에서 측정값이 표준 모델 예측과 일치하는가?
• RQ3 세미엘렉트로닉 태깅 접근법이 육가태깅(hadronic tagging)에 비해 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 R(D)와 R(D*)의 결합 평가가 SM 기대치에 대해 어떤지?

주요 결과

• R(D) = 0.307 ± 0.037 (stat) ± 0.016 (syst).
• R(D*) = 0.283 ± 0.018 (stat) ± 0.014 (syst).
• 두 결과 모두 각각 0.2σ와 1.1σ 이내로 표준 모델과 합치된다.
• R(D)와 R(D*)의 결합은 SM과 1.2σ 이내에서 일치한다.